Giáo trình Di truyền học

MỤC LỤC Chương 1. Bản chất của vật chất di truyền............................................ 1 I. DNA là vật chất di truyền...................................................................1 1. Các chứng minh gián tiếp .................................................................1 2. Thí nghiệm biến nạp DNA ( Transformation)................................... 2 3. Sự xâm nhập của DNA virus vào vi khuẩn........................................ 4 II. Thành phần và cấu tạo hóa học của acid nucleic.............................. 5 1. DNA................................................................................................... 7 1.1. Cấu tạo hóa học của DNA.............................................................. 7 1.2. DNA cuộn lại trong tế bào .......................................................... 11 2. RNA .................................................................................................14 2.1. RNA riboxom (ribosomal RNA-rRNA)....................................... 14 2.2. RNA vận chuyển (Transfer RNA - tRNA)................................... 15 2.3. RNA thông tin (messenger RNA – mRNA)................................. 17 2.4. Ribozym và self-splicing.............................................................. 18 III Các tính chất của DNA................................................................... 20 1. Biến tính (denaturation) và hồi tính (renaturation)........................ 20 2. Lai acid nucleic............................................................................... 22 IV. Những cấu trúc chứa DNA trong tế bào........................................ 23 1. Những đoạn DNA chứa thông tin di truyền.....................................23 2. Virus chứa DNA và virus chứa RNA............................................... 24 3. Nhiễm sắc thể chính và plasmid của vi khuẩn.................................25 4. Nhiễm sắc thể Eukaryota.................................................................25 4.1 Các trình tự lặp lại và đơn độc.......................................................25 4.2 Nhiễm sắc thể của Eukaryota.........................................................27 4.3 Trình tự CEN................................................................................. 29 4.4. Trình tự Tel................................................................................... 29 Câu hỏi ôn tập .................................................................................... 30 Tài liệu tham khảo .............................................................................. 30 Chương 2. Sao chép DNA................................................................... 31 I. Sự bền vững của DNA với thời gian và qua nhiều thế hệ................ 31 1. DNA bị biến đổi ngay cả không sao chép .......................................31 2. Trình tự nucleotid được duy trì với mức chính xác rất cao qua nhiều thế hệ................................................................................................... 32 3. Các hệ thống bảo vệ DNA............................................................... 33 4. Sửa sai do phục quang hồi.............................................................. 34 5. Hệ thống SOS.................................................................................. 35 II. Cơ chế phân tử của sao chép DNA ................................................ 36 1. Nguyên tắc chung............................................................................ 36 2. Thí nghiệm tổng hợp nhân tạo DNA................................................37 3. Thí nghiệm chứng minh có sự tự nhân đôi theo nguyên tắc bán bảo tồn........................................................................................................ 37 4. Diễn biến sao chép DNA ở nhiễm sắc thể E.coli.............................38 4.1. Giai đoạn khởi sự (initiation)........................................................38 4.2. Giai đoạn nối dài (elongation)...................................................... 39 III. Sao chép DNA trong tế bào........................................................... 40 1. Sao chép ở nhiễm sắc thể Prokaryote............................................. 40 2. Sao chép nhiễm sắc thể ở tế bào Eukaryote.................................... 41 Câu hỏi ôn tập .................................................................................... 42 Tài liệu tham khảo .............................................................................. 42 Chương 3. Cơ sở tế bào học của tính di truyền....................................44 I. Các cấu trúc tế bào và khả năng tự tái sinh...................................... 44 1. Các cấu trúc có khả năng tự tái sinh...............................................44 2. Nhiễm sắc thể.................................................................................. 45 2.1. Hình thái NST............................................................................... 45 2.2. Kiểu nhân và nhiễm sắc đồ:.......................................................... 47 2.3. Chất nhiễm sắc..............................................................................47 3. Các nhiễm sắc thể đặc biệt..............................................................48 II. Chu trình tế bào và phân bào ở Eukaryote...................................... 51 1. Chu trình tế bào...............................................................................51 2. Nguyên phân (Mitosis) ....................................................................52 3. Giảm phân (meiosis)........................................................................53 III. Các kiểu sinh sản........................................................................... 59 1.Sinh sản vô tính................................................................................ 59 2. Sinh sản hữu tính............................................................................. 59 3. Các hình thức sinh sản đặc biệt.......................................................61 4. Chu trình sống hay vòng đời........................................................... 63 Câu hỏi ôn tập .................................................................................... 64 Tài liệu tham khảo .............................................................................. 64 Chương 4. Các quy luật di truyền của Mendel.................................... 66 I. Phương pháp thí nghiệm của Mendel...............................................66 1. Tính trạng hay dấu hiệu (character)............................................... 66 2. Cách tiến hành thí nghiệm:............................................................. 68 II. Lai một tính trạng-Quy luật giao tử thuần khiết..............................69 1.Thí nghiệm........................................................................................ 69 2. Giải thích của Mendel..................................................................... 70 3.Tính trội không hoàn toàn và sự di truyền tương đương..................70 4. Cơ sở tế bào học.............................................................................. 70 5. Thí nghiệm chứng minh trực tiếp sự phân ly ở mức giao tử .......... 72 6. Quy luật thứ nhất (quy luật giao tử thuần khiết.............................. 72 III. Lai hai tính và nhiều tính............................................................... 73 1. Lai hai tính - Quy luật phân ly độc lập và tổ hợp tự do.................. 73 2. Lai với nhiều cặp tính trạng........................................................... 73 3. Một số tính trạng Mendel ở người...................................................75 4. Các quy luật chung của tính di truyền.............................................77 Câu hỏi ôn tập .................................................................................... 77 Tài liệu tham khảo .............................................................................. 78 Chương 5. Tương tac gen.................................................................... 79 I. Sự tương tác gen giữa các gen alen................................................. 79 1. Hiện tượng gây chết........................................................................ 79 2. Sự tương tác giữa các alen của cùng một gen.................................82 II. Sự tương tác giữa các gen không alen.............................................83 1. Tương tác át chế.............................................................................. 83 3. Tương tác đa gen.............................................................................88 4. Tính đa hiệu của gen....................................................................... 89 III. Những phức tạp trong biểu hiện cuả gen....................................... 89 1. Gen biến đổi (Modifier gene).......................................................... 89 2. Các tính trạng bị giới hạn bởi giới tính.......................................... 90 3. Các tính trạng có sự biểu hiện phụ thuộc vào giới tính.................. 90 IV Độ thấm (penetrance) và độ biểu hiện (expression)....................... 91 1. Độ thấm (độ thâm nhập)..................................................................91 2. Độ hiện hay độ biểu hiện ................................................................92 V. Tác động của môi trường................................................................ 93 1. Tác động của môi trường bên ngoài............................................... 93 2. Tác động của môi trường bên trong................................................94 Câu hỏi ôn tập .................................................................................... 95 Tài liệu tham khảo .............................................................................. 95 Chương 6. Học thuyết di truyền nhiễm sắc thể....................................96 I. Sự xác định giới tính và sự di truyền liên kết với giới tính.............. 96 1. Tỉ lệ phân li giới tính....................................................................... 96 2. Các gen liên kết với giới tính...........................................................98 3. Các tính trạng liên kết với giới tính trong di truyền học người... 101 4. Gen nam giới và gen nữ giới ở người............................................101 4.1. Gen xác định nam giới................................................................ 101 4.2. Gen xác định nữ giới...................................................................102 5. NST X bất hoạt ở người................................................................. 102 6. Hiện tượng không chia ly của NST................................................104 7. Xác định giới tính do số bội thể.....................................................106 8. Xác định giới tính do điều kiện môi trường ..................................106 II. Sự di truyền liên kết...................................................................... 107 1. Hiện tượng liên kết........................................................................ 107 2. Liên kết hoàn toàn......................................................................... 108 3. Hiện tượng di truyền liên kết không hoàn toàn............................. 108 4. Các nhóm liên kết(Genelinkage)................................................... 109 III. Hiện tượng tái tổ hợp................................................................... 109 1. Tái tổ hợp và trao đổi chéo........................................................... 109 2. Cở sở tế bào học của trao đổi chéo...............................................111 3. Trao đổi chéo ở trong giai đoạn 4 sợi...........................................112 4. Trao đổi chéo nhiều lần.................................................................114 5. Nhiễu (Interference) và trùng hợp (Coincidence) ........................ 114 IV. Xác định vị trí gen và bản đồ di truyền....................................... 115 1.Xác định vi trí gen.......................................................................... 115 2. Bản đồ di truyền của NST và bản đồ di truyền tế bào...................116 V. NST người và bản đồ NST người................................................ 119 1. NST người......................................................................................119 2. Kỹ thuật lai tế bào soma................................................................120 Câu hỏi ôn tập .................................................................................. 122 Tài liệu tham khảo ............................................................................ 122 Chương 7. Di truyền học Vi khuân................................................... 123 I. Ưu thế và các đặc điểm của đối tượng vi sinh vật .........................123 1. Thời gian thế hệ ngắn, tốc độ sinh sản nhanh...............................123 2. Có sự tăng vọt số lượng cá thể...................................................... 123 3. Có cấu tạo bộ máy di truyền đơn giản.......................................... 124 4. Dễ nghiên cứu bằng các kỹ thuật vật lý và hóa học...................... 124 II. Đặc điểm của di truyền vi sinh vật................................................124 III. Sinh học của vi khuẩn.................................................................. 125 1. Cấu tạo tế bào và sinh sản............................................................ 125 2. Đặc điểm nuôi cấy......................................................................... 127 IV. Biến nạp ( Transformation)......................................................... 127 1. Hiện tượng và điều kiện.................................................................127 2. Cơ chế biến nạp.............................................................................128 2.1. Xâm nhập của DNA....................................................................128 2.2. Bắt cặp........................................................................................ 130 2.3. Sao chép...................................................................................... 130 V. Tải nạp (Transduction)..................................................................130 1. Phage là nhân tố chuyển gen.........................................................130 2. cơ chế.............................................................................................131 3. Phân biệt các dạng tải nạp............................................................132 VI. Giao nạp (Conjugation)............................................................... 133 1. Chứng minh có lai ở vi khuẩn....................................................... 134 2. Sự phân hóa giới tính ở vi khuẩn...................................................135 3. Các nhân tố F' và tính nạp (Sexduction)....................................... 137 4. Cơ chế tái tổ hợp .......................................................................... 137 VII. Cơ sở di truyền tính kháng thuốc của các vi khuẩn gây bệnh ở người.................................................................................................. 139 Câu hỏi và Bài tập..............................................................................140 Tài liệu Tham khảo............................................................................140 Chương 8. Di truyền học Virus......................................................... 142 I. Di truyền học thể thực khuẩn (Bacteriophage hay phage)............. 142 1. Sự hình thành vết tan và các thể đột biến phage...........................142 2. Tái tổ hợp di truyền trong một chu kỳ sinh tan (Lytic cycle)........ 144 2.1. Chu trình tan (Lytic cycle)..........................................................144 3. Sự sắp xếp của các gene trong nhiễm sắc thể phage.................... 146 4. Lập bản đồ cấu trúc tinh vi vùng rII của phage T4.......................147 5. Tính tiềm tan (Lysogeny) và phage λ............................................ 151 II. Đặc tính của các virus................................................................... 153 1. Tính đa dạng về cấu trúc và thành phần di truyền....................... 153 2. Tính đặc thù về vật chủ (Host specificity).....................................154 III. Tái bản của các virus................................................................... 154 1. Các virus của vi khuẩn..................................................................157 2. Các virus thực vật......................................................................... 157 3. Các virus động vật........................................................................ 158 4. Virus gây ung thư, HIV/ AIDS.......................................................160 Câu hỏi và Bài tập............................................................................. 163 Tài liệu Tham khảo............................................................................ 163 Chương 9. Di truyền học Vi nấm và Vi tảo.......................................165 I. Đại cương về nghiên cứu di truyền ở một số vi tảo thông dụng.... 165 II. Phân tích di truyền ở vi nấm......................................................... 166 1. Tính không dung hợp (incompatibility) ở vi nấm..........................166 2. Phân tích bộ bốn và lập bản đồ ở vi nấm......................................167 3. Phân tích di truyền trong chu trình cận hữu tính (tái tổ hợp trong nguyên phân)..................................................................................... 171 3.1. Sự đơn bội hoá (Haploidisation).................................................172 3.2. Tái tổ hợp trong nguyên phân (Mitotic recombination)............. 172 III. Nấm men như là E. coli của các tế bào eukaryote.......................173 1. Các nhiễm sắc thể nấm men nhân tạo (YAC)................................173 2. Những hiểu biết mới về tổ chức của các nhiễm sắc thể của nấm men 175................................................................................................... 3. Những hiểu biết mới về tái bản và phiên mã của bộ gen nấm men..... 176 4. Những hiểu biết mới về ADN ty thể của nấm men........................ 177 Câu hỏi và Bài tập..............................................................................178 Tài liệu Tham khảo............................................................................179 Chương 10. Di truyền Tế bào chất ....................................................180 I. Sự di truyền tế bào chất.................................................................. 180 1. Sự di truyền của các gene lạp thể.................................................180 2. Sự di truyền của các gene ty thể.................................................... 183 2.1. Đặc điểm di truyền của các gene ty thể...................................... 183 2.2. Hiện tượng bất dục bào chất đực................................................ 186 3. Hiệu quả của dòng mẹ lên chiều xoắn vỏ ốc................................. 188 II. Lập bản đồ ở lạp thể và ty thể....................................................... 190 1. Lập bản đồ gene của DNA lạp thể.................................................190 2. Lập bản đồ gene của DNA ty thể...................................................192 III. Di truyền học phân tử các bào quan ............................................193 1. Các bộ gene lạp thể (cpDNA)........................................................193 2. Các bộ gene ty thể (mtDNA)..........................................................195 Câu hỏi và Bài tập..............................................................................195 Tài liệu Tham khảo............................................................................195 Chương 11. Sự điều hòa biểu hiện của gene..................................... 197 I. Các nguyên lý đ